Дать определение неоднородного пласта. Какие бывают неоднородности пласта?

 

Одна из основных особенностей нефтегазосодержащих пород — различие коллекторских свойств (пористости, проницаемости) на отдельных участках пластов. Эту пространственную изменчивость свойств пород-коллекторов нефти и газа называют литологической неоднородностью пластов.

Под геологической неоднородностью изучаемого объекта разработки следует понимать всякую изменчивость характера и степени литолого-физических свойств, слагающих его пород по площади и разрезу.

По характеру неоднородности любого изучаемого объекта целесообразно рассматривать два вида: макро- и микронеоднородность.

Макронеоднородность изучаемого объекта характеризуется в разрезе чередованием пород коллекторов с практически непроницаемыми породами. На границе этих пород основные параметры продуктивных пластов будут изменяться резко и скачкообразно.

Микронеоднородность отражает структурные, текстурные и другие особенности строения выделенной для изучения «однородной» породы. Коллекторские свойства в этом случае изменяются более плавно и непрерывно.

Поскольку месторождения в основном многопластовые и, как правило, единый эксплуатационный объект содержит значительное число пластов и пропластков, скоррелированных по площади, то геологическую неоднородность целесообразно изучать по разрезу и по площади. Изучение неоднородности этих видов позволит не только охарактеризовать изменчивость величин параметров по объему, влияющих на распределение запасов нефти в недрах и их выработку, но и увязать эту изменчивость с условиями осадконакопления и последующими геологическими процессами.

Кроме того, при изучении геологической неоднородности весьма важно выделить генетически однородные (с точки зрения геологической истории) объекты исследования, ибо только в этом случае можно объективно оценить как степень неоднородности, так и характер изменчивости основных параметров продуктивных пластов.

Так как на начальных этапах исследования залежи мы не имеем достаточной информации о распределении литолого-физических свойств по резервуару коллектора для предварительных оценочных расчетов реальный пласт заменяется его моделью.

Модель пласта – это система количественных представлений о его геолого-физических свойствах, используемая в расчетах разработки нефтяного месторождения.

Модели пластов с известной степенью условности подразделяют на детерминированные и вероятностно-статистические.

Детерминированные модели — это такие модели, в которых стремятся воспроизвести как можно точнее фактическое строение и свойства пластов. Другими словами, детерминированная модель при все более детальном учете особенностей пласта должна стать похожей на “фотографию” пласта. Практическое применение детерминированных моделей пластов стало возможным благодаря широкому развитию быстродействующей вычислительной техники и соответствующих математических методов. При расчете данных процессов. разработки нефтяного месторождения с использованием детерминированной модели всю площадь пласта или его объем разбивают на определенное число ячеек, в зависимости от заданной точности расчета, сложности процесса разработки и мощности ЭВМ. Каждой ячейке придают те свойства, которые присущи пласту в области, соответствующей ее положению.

Вероятностно-статистические модели не отражают детальные особенности строения и свойства пластов. При их использовании ставят в соответствие реальному пласту некоторый гипотетический пласт, имеющий такие же вероятностно-статистические характеристики, что и реальный. К числу наиболее известных и чаще всего используемых в теории и практике зработки нефтяных месторождений вероятностно-статистических моделей пластов относятся следующие.

 Модель однородного пласта. В этой модели основные параметры реального пласта (пористость, проницаемость), изменяющиеся от точки к точке, осредняют. Часто, используя модель такого пласта, принимают гипотезу и о его изотропности, т.е. равенстве проницаемостей в любом направлении, исходящем рассматриваемой точки пласта. Однако иногда считают пласт анизотропным. При этом принимают, что проницаемость пласта по вертикали (главным образом вследствие напластования) от- чается от eгo проницаемости по горизонтали. Модель однородного в вероятностно-статистическом смысле пласта используют для пластов с действительной небольшой неоднородностью.

Наиболее просты модели однородного пласта в виде толщи горной породы с. одинаковыми во всех точках физическими свойствами. Непроницаемые верхняя (кровля) и нижняя (подошва) границы ее параллельны и горизонтальны.

Свойства пласта в количественном выражении определяют как средневзвешенные по объему величины:

.                                       (1.41)

Чаще используют средневзвешенные по площади залежи величины, которые устанавливают с помощью карт равных значений рассматриваемых параметров:

,                      (1.42)

где  — параметр, определяемый как средний между двумя соседними линиями равных его значений;  — площадь, образованная двумя соседними линиями с параметрами  и; ; — общая площадь залежи.

Модель зонально-неоднородного пласта, свойства которого не изменяются по толщине, а на его площади выделяются зоны прямоугольной или квадратной формы с различными свойствами. Каждую зону можно рассматривать как элементарный однородный объем пласта (сторона квадрата) размером больше или равным расстоянию между соседними скважинами.

Модель слоисто-неоднородного пласта представляет собой пласт, в пределах которого выделяются слои с непроницаемыми кровлей и подошвой, характеризующиеся различными свойствами. По площади распространения свойства каждого слоя остаются неизменными. Сумма всех слоев равна общей нефтенасыщенной толщине пласта, т. е. , где n –число слоев.

Модель зонально-неоднородноrо и слоисто-неоднородноrо пласта объединяет характеристики предыдущих двух моделей.

Модель пласта с двойной пористостью представляет собой пласт, сложенный породами с первичной (гранулярной) и вторичной (трещиноватой) пористостью. По первичной пористости определяют запасы углеводородов в пласте, поскольку коэффициент пористости на порядок больше коэффициента трещиноватости. Однако гидродинамическое движение жидкостей и газов, вызванное перепадом давления, происходит по системе трещин. Считают, что весь объем пласта равномерно пронизан системой трещин. Расстояния между двумя соседними трещинами значительно меньше расстояния между двумя соседними скважинами.

Модель зонально-неоднородного и слоисто- неоднородного пласта с двойной пористостью объединяет характеристики двух предыдущих моделей и наиболее полно отражает особенности реальных продуктивных пластов. На основе этой модели трудно определять показатели процесса разработки месторождения.

 

 

23. Коллекторские свойства поровых и трещиноватых коллекторов.

С геометрической точки зрения, все коллектора можно подразделить на две большие группы: гранулярные (поровые) (рис. 1.1) и трещинные (рис.1.2). Ёмкость и фильтрация в пористом коллекторе определяется структурой порового пространства между зёрнами породы. Для второй группы характерно наличие развитой системы трещин, густота которых зависит от состава пород, степени уплотнения, мощности, структурных условий и так далее.

Чаще всего имеют место коллектора смешанного типа, для которых ёмкостью служат трещины, каверны, поровые пространства, а ведущая роль в фильтрации флюидов принадлежит развитой системе микротрещин, сообщающих эти пустоты между собой. В зависимости от вида путей фильтрации или главных вместилищ флюида различают коллектора: трещинно-пористые, трещинно-каверновые и т.д. При этом первая часть в названии определяет вид пустот, по которым происходит фильтрация.

 

С целью количественного описания фильтрационно - ёмкостных параметров реальные сложные породы заменяют идеализированными моделями.

Параметры пористой среды. Важнейшая характеристика – коэффициент полной пористости " m_о", равный отношению объема пор V_пк общему объему элемента V

.                                                    (1.1)

В дальнейшем коэффициенты пористости будем называть просто пористостью.

В связи с тем, что переток жидкости осуществляется через поверхность, представляется необходимым введение параметра, связанного с площадью. Такой геометрический параметр называется коэффициентом просветности " m _s" и определяется как отношение площади просветов F_п ко всей площади сечения образца F

.                                                     (1.2)

Пользоваться такими поверхностными параметрами практически не представляется возможным, так как в реальных породах они меняются от сечения к сечению и определить их можно только с помощью микроскопического анализа. Следовательно, данные параметры следует заменить объемными, которые можно определить достаточно надежно. Выше отмечалось, что породы можно разделить на два класса: изотропные и анизотропные. Для анизотропных коллекторов с упорядоченной структурой данные параметры нельзя заменять на объемные. Для хаотичных, изотропных сред указанная замена возможна и коэффициент просветности полагают равным коэффициенту пористости.

В пористой среде есть тупиковые и замкнутые поры, в которых движения жидкости не происходит. В связи с этим, вполне обосновано введение понятия коффициента открытой пористости, который описывается соотношением (1.1), но под V_п  понимается объём открытых пор V_{п o}.В реальных условиях твердые зерна породы обволакиваются тонкой плёнкой, остающейся неподвижной даже при значительных градиентах давления. В этом случае подвижный флюид занимает объём, меньший V_{п o}, и, поэтому, наряду с открытой пористостью часто пользуются понятием динамической (эффективной) пористости

,                                                    (1.3)

где V_под – объем, занятый подвижной жидкостью.

Пористость твердых материалов (песок, бокситы и т.д.) меняется незначительно при изменении даже больших давлений, но пористость, например глины, очень восприимчива к сжатию. Так пористость глинистого сланца при обычном давлении равна 0.4 – 0.5, а на глубине 1800м – 0.05. Для газовых и нефтяных коллекторов в большинстве случаев m = 15–22%, но может меняться в широких пределах: от нескольких долей процента до 52%.

Пористость и просветность фиктивного грунта не зависят от диаметра шарообразных частиц, а зависят только от степени укладки. Для реальных сред коэффициент пористости зависит от плотности укладки частиц и их размера – чем меньше размер зёрен, тем больше пористость. Это связано с ростом образования сводовых структур при уменьшении размера частиц.

В идеализированном представлении коэффициент пористости одинаков для геометрически подобных сред; он не характеризует размеры пор и структуру порового пространства. Поэтому для того, чтобы формулы, описывающие фиктивный грунт, можно было применить для описания реальной среды, вводится линейный размер порового пространства, а именно, некоторый средний размер порового канала d или отдельного зерна пористого скелета d.

Простейшая геометрическая характеристика пористой среды – эффективный диаметр частиц грунта. Эффективным диаметром частиц d _э, слагающих реальную пористую среду, называют такой диаметр шаров, образующих эквивалентный фиктивный грунт, при котором гидравлическое сопротивление, оказываемое фильтрующейся жидкости в реальном и эквивалентном грунте, одинаково. Эффективный диаметр определяют по гранулометрическому составу (рис.1.7), например, по формуле веса средней частицы

,                                           (1.4)

где d_i – средний диаметр i - й фракции; n_i – массовая или счетная доля i- й фракции.

Для определения геометрической структуры пористой среды, кроме пористости и эффективного диаметра, нужны дополнительные характеристики. Одной из таких характеристик является гидравлический радиус пор R, который связанс диаметром частиц породы.

Динамика фильтрационного течения, в основном, определяется трением флюида о скелет коллектора, зависящего от площади поверхности частиц грунта. В связи с этим, одним из важнейших параметров является удельная поверхность S _уд – суммарная площадь поверхности частиц, содержащихся в единице объёма.

Удельная поверхность нефтесодержащих пород с достаточной точностью определяется формулой

,                                         (1.5)

Среднее значение S _уд для нефтесодержащих пород изменяется в пределах 40 – 230 тыс. м²/м³. Породы с удельной поверхностью большей 230 тыс. м²/м³ непроницаемы или слабопроницаемы (глины, глинистые пески и так далее).

В практике нефтегазодобычи помимо чисто геометрической характеристики доли пустот (пористости) вводят параметры, связанные с наличием нефти, газа или воды:

а) насыщенность – отношение объёма V_f данного флюида, содержащегося в порах, к объёму пор V_п.        .                                                                                                (1.6)

По виду флюида различают нефтенасыщенность, газонасыщенность, водонасыщенность.

б) связанность – отношение объёма, связанного с породой флюида V_{f с}, к объёму пор

            .                                                                                   (1.7)

Важнейшей характеристикой фильтрационных свойств породы является проницаемость. Проницаемость – параметр породы, характеризующий её способность пропускать флюиды при наличии перепада давления. Различают проницаемости: абсолютную, эффективную или фазовую и относительную. Абсолютная проницаемость – свойство породы и не зависит от свойств фильтрующегося флюида и перепада давления, если нет взаимодействия флюидов с породой. Фазовой называется проницаемость пород для данного флюида при наличии в порах многофазных систем. Значение её зависит не только от физических свойств пород, но также от степени насыщенности порового пространства флюидами и их физических свойств. Относительной проницаемостью называется отношение фазовой проницаемости к абсолютной.

Физический смысл проницаемости k заключается в том, что проницаемость характеризует площадь сечения каналов пористой среды, по которым происходит фильтрация.

Для реальных сред радиус пор связан с проницаемостью формулой Котяхова   

                 ,                                                               (1.8)

 

где k – д; R – м; j – структурный коэффициент (j=0.5035/ m ^{1, 1} – для зернистых сред).

Проницаемость песчаных коллекторов обычно находится в пределах 100–1000 мд, а для глин характерны значения проницаемости в тысячные доли мдарси. Проницаемость определяется геометрической структурой пористой среды, то есть, размерами и формой частиц, а также системой их упаковки.

Имеется множество попыток теоретически установить зависимость проницаемости от этих характеристик, исходя из закона Пуазейля для ламинарного движения в трубах и Стокса для обтекания частиц при той или иной схематизированной модели пористой среды. Поскольку реальные породы не укладываются в рамки этих геометрических моделей, то теоретические расчеты проницаемости ненадёжны. Поэтому обычно проницаемость определяют опытным путём.

Проницаемость можно рассчитать по известной удельной поверхности:

.                                                        (1.9)

Параметры трещинной среды. Аналогомпористости для трещинных сред является трещиноватость m _Т или, иначе, коэффициент трещиноватости. Иногда данный параметр называют трещинной пористостью. Трещиноватостью называют отношение объёма трещин V _Т ко всему объёму Vтрещинной среды.

 .                                                (1.10)

Для трещинно-пористой среды вводят суммарную (общую) пористость, прибавляя к трещиноватости пористость блоков.

Второй важный параметр – густота. Густота трещин Г_Т– это отношение полной длины å l_i всех трещин, находящихся в данном сечении трещинной породы к удвоенной площади сечения F

                                             (1.11)

Из (1.11) следует, что для идеализированной трещинной среды

m_т=aГd_т,                                                        (1.12)

где d_т – раскрытость трещин; a – безразмерный коэффициент, равный 1, 2, 3 для одномерного, плоского и пространственного случаев, соответственно.

Для реальных пород значение коэффициента a зависит от геометрии систем трещин в породе.

 

24. Карбонатность горных пород. Методика определения.

Под карбонатностью пород понимают содержание в них солей угольной кислоты: поташа (К2СО3), известняка (СаСО3), сидерита (FеCO3) и др.Определение карбонатности пород проводят с целью выяснения возможности солянокислотной обработки призабойной зоны скважин для дополнительного увеличения проницаемости призабойной зоны, а также для определения химического состава горных пород, слагающих нефтяной пласт.

Из различных методов определения карбонатности пород наиболее распространенным является газометрический метод. Он основан на химическом разложении солей угольной кислоты под действием действием соляной кислоты и измерении объёма углекислого газа, образовавшегося в результате реакции:

СаСО3 + 2HСl = СaCl2 + Н2О + СО2

При определении карбонатности все расчеты производят на углекислый кальций, как наиболее распространённый в горных породах.

Необходимая аппаратура и принадлежности. Прибор определения карбонатности (АК-4), аналитические весы с разновесами, ступка, барометр, термометр и соляная кислота (1: 1) т.е. вдвое разбавленная водой.

Описание аппаратуры и принцип ее работы. Принципиальная схема аппаратуры, для определения карбонатности горных пород, приведена на рисунке 6. Прибор АК-4 состоит из термостата заполненного водой (1), реакционной колбы (2), змеевика (3), бюретки (4), градуированной на 75 см с делениями по 0, 2 см, цилиндра (5), уравнительной склянки (6). В реакционную колбу (2) вставляется пробка с мерной бюреткой (7) для соляной кислоты, имеющая сливной кран (8). Выделяющийся из породы углекислый газ (при соприкосновении породы с соляной кислотой), поступает из реакционной колбы через змеевик в измерительную часть аппарата, состоящую из двух вставленных одна в другую стеклянных трубок: бюретка (4) и цилиндр (5). На одной из них (бюретке 4) нанесены деления, позволяющие определять объем поступившего в бюретку газа. По объёму выделившегося в результате реакции углекислого газа путём расчетов определяется содержание карбонатов в горной породе

Рисунок 6 - Установка для определения карбонатности пород

Порядок работы

Перед началом работ необходимо подготовить аппаратуру к работе. Для этого с помощью уравнительной склянки (6) и крана (9) наполняют водой бюретку (4) и цилиндр (5) с таким расчетом, чтобы вода в них находилась на одном уровне. Замеряют уровень воды в градуированной бюретке. Тщательно растирают в ступке образец породы и берут навеску порошка весом около 0, 5 г. Точность определения массы породы 0, 001 г. Высыпают навеску породы в реакционную колбу, которая затем плотно закрывается пробкой. Наливают в мерную бюретку (7) соляную кислоту, предварительно убедившись, что кран (8) закрыт. Открывая кран (8), впускают в мерную бюретку замеренное количество соляной кислоты (2-3 см 3). Через 15 минут с момента начала реакции кислоты с породой берут второй отсчёт уровня воды в бюретке, устанавливают по барометру барометрическое давление и замеряют температуру воды в термостате.

Открывают пробку реакционной колбы и моют колбу от остатков горной породы и кислоты. Карбонатность горной породы рассчитывают по формуле (8):

(8)

где К - содержание СаСО3 в породе, %;

V1- отсчет по бюретке (4) до проведения опыта, см3;

V2- отсчет по бюретке (4) после проведения опыта, см3;

Vк –объем кислоты, введенной в реакционную колбу, см3;

ρ - плотность СО2, мг/см3;

М – масса породы, взятой для опыта (навески), г

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: